一种铁路电力线路行波故障定位装置

摘要

本公开涉及一种铁路电力线路行波故障定位装置，铁路电力线路行波故障定位装置包括磁敏检测部件，用于根据磁敏检测部件相对于铁路电力线路所在位置的磁场强度生成磁敏检测信号；行波定位部件，与磁敏检测部件连接，用于根据磁敏检测信号采集铁路电力线路中的行波信号，并根据行波信号进行铁路电力线路的故障定位。通过本公开的技术方案，解决了铁磁型行波传感器存在的磁饱和，导致行波信号波形失真的问题，且利无需直接与一次设备连接，提高了铁路电力线路行波故障定位装置的抗干扰能力和可靠性。

说明书

技术领域

本公开涉及铁路电力线路技术领域，尤其涉及一种铁路电力线路行波故障定位装置。

背景技术

在整个电气化铁道中,铁路电力线路担负着把从牵引变电所获得的电能直接供给电力机车使用的重要任务,是电力机车良好受流和安全运行的关键,直接影响着电气化铁道的运输。铁路电力线路长期暴露在环境恶劣的户外,并受电力机车电弓的机械冲击，容易出现故障，对电气设备造成严重的损坏，影响铁路行车安全性。

可以采用行波法对铁路电力线路的故障进行定位，目前可以采用铁磁式行波传感器或者罗氏线圈行波传感器对铁路电力线路中的行波进行检测，但是铁磁式行波传感器存在磁饱和，导致行波信号的波形失真，影响铁路电力线路故障行波的定位精度。罗氏线圈行波传感器则必须从一次设备上提取行波信号，绝缘要求高、电磁环境复杂且取电困难。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种铁路电力线路行波故障定位装置，解决了铁磁型行波传感器存在的磁饱和，导致行波信号波形失真的问题，且利无需直接与一次设备连接，提高了铁路电力线路行波故障定位装置的抗干扰能力和可靠性。

本公开提供了一种铁路电力线路行波故障定位装置，包括：

磁敏检测部件，用于根据所述磁敏检测部件相对于所述铁路电力线路所在位置的磁场强度生成磁敏检测信号；

行波定位部件，与所述磁敏检测部件连接，用于根据所述磁敏检测信号采集所述铁路电力线路中的行波信号，并根据所述行波信号进行所述铁路电力线路的故障定位。

可选地，所述磁敏检测部件包括巨磁阻检测部件。

可选地，还包括：

对应所述磁敏检测部件相对于所述铁路电力线路所在位置的磁场的至少一个方向的前级放大部件，所述磁敏检测部件通过所述前级放大部件与所述行波定位部件连接，所述前级放大部件用于将对应磁场方向的所述磁敏检测信号放大设定倍数后输出。

可选地，所述前级放大部件包括：

前级放大器，所述前级放大器的反向输入端通过第一阻抗元件接入对应磁场方向的所述磁敏检测信号，所述前级放大器的反向输入端通过第二阻抗元件与所述前级反向器的输出端连接。

可选地，所述第二阻抗元件与所述第一阻抗元件的电阻值的比值大于等于20，小于等于60。

可选地，还包括：

对应所述磁敏检测部件相对于所述铁路电力线路所在位置的磁场的至少一个方向的滤波电路，所述磁敏检测部件通过所述滤波电路与所述行波定位部件连接，所述滤波电路用于滤除对应磁场方向的所述磁敏检测信号中超出设定频率范围的干扰信号。

可选地，所述滤波电路包括：

低通滤波电路，用于滤除对应磁场方向的所述磁敏检测信号中大于等于第一设定频率的干扰信号；

高通滤波电路，用于滤除对应磁场方向的所述磁敏检测信号中小于等于第二设定频率的干扰信号；其中，所述第二设定频率小于所述第一设定频率。

可选地，所述低通滤波电路包括第三阻抗元件和第一电容，所述高通滤波电路包括第四阻抗元件和第二电容；

所述第三阻抗元件的第一端接入对应磁场方向的所述磁敏检测信号，所述第三阻抗元件的第二端分别与所述第一电容的第一端和所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述第四阻抗元件的第一端连接并作为所述滤波电路的输出端，所述第一电容的第二端和所述第四阻抗元件的第二端接入设定电源信号。

可选地，所述第一设定频率大于等于10MHZ,小于等于50MHZ，所述第二设定频率大于等于5KHZ，小于等于100KHZ。

可选地，还包括：

对应所述磁敏检测部件相对于所述铁路电力线路所在位置的磁场的至少一个方向的前级放大部件和滤波电路，所述磁敏检测部件通过所述前级放大部件和所述滤波电路与所述行波定位部件连接，所述前级放大部件用于将对应磁场方向的所述磁敏检测信号放大设定倍数后输出，所述滤波电路用于滤除放大后的对应磁场方向的所述磁敏检测信号中超出设定频率范围的干扰信号。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供了一种铁路电力线路行波故障定位装置，铁路电力线路行波故障定位装置包括磁敏检测部件和行波定位部件，行波定位部件与磁敏检测部件连接，磁敏检测部件用于根据磁敏检测部件相对于铁路电力线路所在位置的磁场强度生成磁敏检测信号，行波定位部件用于根据磁敏检测信号采集铁路电力线路中的行波信号，并根据行波信号进行铁路电力线路的故障定位，利用磁敏检测部件的无磁饱和特征，可解决铁磁型行波传感器存在的磁饱和，导致行波信号波形失真的问题，且利用磁敏检测部件可实现非接触式方式感知行波信号，无需直接与一次设备连接，提高了铁路电力线路行波故障定位装置的抗干扰能力和可靠性，解决了罗氏线圈式行波传感器存在的必须从一次设备上提取行波信号，绝缘要求高、电磁环境复杂且取电困难的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的一种铁路电力线路行波故障定位装置的结构示意图；

图2为本公开实施例提供的一种磁敏检测部件进行行波检测的原理示意图；

图3为本公开实施例提供的另一种铁路电力线路行波故障定位装置的结构示意图；

图4为本公开实施例提供的一种前级放大部件的结构示意图；

图5为本公开实施例提供的另一种铁路电力线路行波故障定位装置的结构示意图；

图6为本公开实施例提供的一种滤波电路的结构示意图；

图7为本公开实施例提供的另一种铁路电力线路行波故障定位装置的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1为为本公开实施例提供的一种铁路电力线路行波故障定位装置的结构示意图。如图1所示，铁路电力线路行波故障定位装置包括磁敏检测部件1和行波定位部件2，磁敏检测部件1与行波定位部件2连接，磁敏检测部件1用于根据磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场强度生成磁敏检测信号，行波定位部件2用于根据磁敏检测信号采集铁路电力线路中的行波信号，并根据行波信号进行铁路电力线路的故障定位。

图2为本公开实施例提供的一种磁敏检测部件进行行波检测的原理示意图。结合图1和图2，通过电磁分析可知，当行波电流流过铁路电力线路A，即导线时，铁路电力线路A周围产生以导线为中心的纳秒级暂态旋转磁场，图2中向里和向外指示部分表示纳秒级暂态旋转磁场，铁路电力线路A附近某一点的磁场强度大小与铁路电力线路A上行波电流的大小成正比，与该点到母线的垂直距离成反比。

利用磁敏检测部件1进行磁场强度检测时，将磁敏检测部件1放置在距离铁路电力线路A一定距离且不与铁路电力线路接触的位置，磁敏检测部件1可以在铁路电力线路A附近检测行波信号产生的磁场强度，例如检测磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场强度，磁敏检测部件1根据检测到的磁场强度生成磁敏检测信号，并将对应磁场强度的磁敏检测信号传输至行波定位部件2。行波定位部件2接收到磁敏检测部件1输出的磁敏检测信号，根据磁敏检测信号采集铁路电力线路中的行波信号，并根据行波信号进行铁路电力线路的故障定位，即行波采集部件根据磁敏检测信号反向得出铁路电力线路中的行波信号，实现行波信号的准确采集，进而根据行波信号进行铁路电力线路的故障定位，提高铁路运行的安全性和可靠性。

示例性地，可以设置磁敏检测部件1能够检测磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场所包含的三个方向的磁场，例如可以检测垂直坐标系中X、Y和Z三个方向的磁场，行波定位部件2可以根据三个不同磁场方向对应的磁敏检测信号进行铁路电力线路中行波信号的采集，提高根据行波信号进行铁路电力线路的故障定位的准确性。示例性地，磁敏检测部件1可以包括巨磁阻检测部件，巨磁阻(Giant Magneto Resistance)检测部件具有较高的磁场检测灵敏度，以进一步提高行波信号定位的准确性，进而提高铁路运行的安全性和可靠性。

目前可以采用铁磁式行波传感器或者罗氏线圈行波传感器对铁路电力线路中的行波进行检测，铁磁式行波传感器采用高频铁心作为导磁材料，利用电磁感应原理制作行波传感器，罗氏线圈行波传感器采用罗氏线圈采集行波信号，配以相应的积分单元解析出高频行波。但是铁磁式行波传感器存在磁饱和，导致行波信号的波形失真，影响铁路电力线路故障行波的定位精度。罗氏线圈行波传感器则必须从一次设备上提取行波信号，绝缘要求高、电磁环境复杂且取电困难。

本公开实施例利用磁敏检测部件1，例如巨磁阻检测部件的无磁饱和特征，利用磁敏检测部件1在高压载流体附近灵敏地感知铁路电力线路中的行波信号。行波信号脉冲电流产生脉冲磁场，通过磁敏检测部件1在距离铁路电力线路一定范围内感知该脉冲磁场，可实现行波信号的非接触式检测。由于磁敏检测部件1具有磁场带宽范围宽以及无磁饱和特征，可实现铁路电力线路行波信号的无损检测，可解决铁磁型行波传感器存在的磁饱和，导致行波信号波形失真的问题，且利用磁敏检测部件1可在铁路电力线路附近感知行波磁场，实现非接触式方式感知行波信号，无需直接与一次设备连接，提高了铁路电力线路行波故障定位装置的抗干扰能力和可靠性，解决了罗氏线圈式行波传感器存在的必须从一次设备上提取行波信号，绝缘要求高、电磁环境复杂且取电困难的问题。

图3为本公开实施例提供的另一种铁路电力线路行波故障定位装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，如图3所示，可以设置铁路电力线路行波故障定位装置还包括对应磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场的至少一个方向的前级放大部件3，磁敏检测部件1通过前级放大部件3与行波定位部件2连接，前级放大部件3用于将对应磁场方向的磁敏检测信号放大设定倍数后输出。

示例性地，可以设置磁敏检测部件1能够检测磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场所包含的三个方向的磁场，例如可以检测相互垂直的X、Y和Z三个方向的磁场，对应磁敏检测部件1则可以通过x、y和z三个端口分别输出对应不同方向磁场的磁敏检测信号。可以设置铁路电力线路行波故障定位装置还包括对应磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场的至少一个方向的前级放大部件3，图3示例性地设置铁路电力线路行波故障定位装置还包括对应磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场的三个方向设置的前级放大部件3。

具体地，磁敏检测部件1生成的对应磁场方向的磁敏检测信号后输出至对应的前级放大部件3，前级放大部件3将对应磁场方向的磁敏检测信号放大设定倍数后输出至行波定位部件2，实现将磁敏检测部件1输出的较小的对应磁场方向的磁敏检测信号进行放大，有利于行波定位部件2对于行波信号的采集。

图4为本公开实施例提供的一种前级放大部件的结构示意图。结合图3和图4，可以设置前级放大部件3包括前级放大器，前级放大器的反向输入端通过第一阻抗元件R1接入对应磁场方向的磁敏检测信号，前级放大器的反向输入端通过第二阻抗元件R2与前级反向器的输出端连接。

具体地，设置前级放大器的反向输入端通过第一阻抗元件R1接入对应磁场方向的磁敏检测信号，前级放大器的反向输入端通过第二阻抗元件R2与前级反向器的输出端连接，前级放大器形成反向放大器，以前级放大器接入的对应磁场方向的磁敏检测信号Vin的电压值为V

其中，R

可选地，可以设置第二阻抗元件R2与第一阻抗元件R1的电阻值的比值大于等于20，小于等于60，优选地，可以设置第二阻抗元件R2与第一阻抗元件R1的电阻值的比值等于50，例如可以设置第二阻抗元件R2的阻值为50千欧，第一阻抗元件R1的阻值为1千欧。示例性地，可以设置不同的前级放大部件3之间以及同一前级放大部件3自身的多通道之间的同步性在20ns之内，即信号传输时间偏差小于等于20ns。

图5为本公开实施例提供的另一种铁路电力线路行波故障定位装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，如图5所示，可以设置铁路电力线路行波故障定位装置还包括对应磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场的至少一个方向的滤波电路4，磁敏检测部件1通过滤波电路4与行波定位部件2连接，滤波电路4用于滤除对应磁场方向的磁敏检测信号中超出设定频率范围的干扰信号。

示例性地，磁敏检测部件1可以通过x、y和z三个端口分别输出对应不同方向磁场的磁敏检测信号，可以设置铁路电力线路行波故障定位装置还包括对应磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场的至少一个方向的滤波电路4，图5示例性地设置铁路电力线路行波故障定位装置还包括对应磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场的三个方向设置的滤波电路4，滤波电路4用于滤除对应磁场方向的磁敏检测信号中超出设定频率范围的干扰信号。

可选地，可以设置滤波电路包括低通滤波电路和高通滤波电路，低通滤波电路用于滤除对应磁场方向的磁敏检测信号中大于等于第一设定频率的干扰信号，高通滤波电路用于滤除对应磁场方向的磁敏检测信号中小于等于第二设定频率的干扰信号；其中，第二设定频率小于第一设定频率。

具体地，采用磁敏检测部件1，例如GMR芯片解决了非接触式灵敏采集铁路电力线路中的行波信号的难题，但受干扰信号的影响，常导致铁路电力线路行波故障定位装置出现误启动问题，铁路电力线路行波故障定位装置误报故障，给铁路电力线路的运维工作带来不良影响。

本公开实施例设置滤波电路包括低通滤波电路和高通滤波电路，低通滤波电路用于滤除对应磁场方向的磁敏检测信号中大于等于第一设定频率的干扰信号，高通滤波电路用于滤除对应磁场方向的磁敏检测信号中小于等于第二设定频率的干扰信号，第二设定频率小于第一设定频率，能够有效滤除对应磁场方向的磁敏检测信号大于等于第一设定频率，小于等于第二设定频率的干扰信号，避免干扰信号导致的铁路电力线路行波故障定位装置出现误启动，铁路电力线路行波故障定位装置误报故障，给铁路电力线路的运维工作带来不良影响的问题。

示例性地，可以设置第一设定频率大于等于10MHZ,小于等于50MHZ，第二设定频率大于等于5KHZ，小于等于100KHZ。具体地，磁敏检测部件1，例如GMR检测部感知行波信号的过程主要受工频磁场的干扰、变压器局放所产生的磁场干扰以及途径车辆导致的磁场分布变化干扰等的影响。干扰信号频率主要分布在5kHz以下及50MHz以上，电网故障行波信号常用频段主要为100kHz-10MHz，因此可以设置第一设定频率大于等于10MHZ,小于等于50MHZ，第二设定频率大于等于5KHZ，小于等于100KHZ，可以有效滤除频率大于10MHZ的干扰信号，确保滤除频率大于50MHZ的干扰信号，以及有效滤除频率小于100KHZ的干扰信号，确保滤除频率小于5KHZ的干扰信号，即利用低通滤波电路和高通滤波电路构成的带通选频滤波电路，实现了对故障有效行波信号的提取。

图6为本公开实施例提供的一种滤波电路的结构示意图。结合图5和图6，可以设置低通滤波电路41包括第三阻抗元件R3和第一电容C1，高通滤波电路42包括第四阻抗元件R4和第二电容C2，第三阻抗元件R3的第一端接入对应磁场方向的磁敏检测信号，第三阻抗元件R3的第二端分别与第一电容C1的第一端和第二电容C2的第一端连接，第二电容C2的第二端与第四阻抗元件R4的第一端连接并作为滤波电路4的输出端，第一电容C1的第二端和第四阻抗元件R4的第二端接入设定电源信号，例如接地信号。

具体地，低通滤波电路41包括第三阻抗元件R3和第一电容C1，高通滤波电路42包括第四阻抗元件R4和第二电容C2，高通滤波电路42的上截止频率小于低通滤波电路41的下截止频率，带通滤波器的频率范围为低通滤波电路41的下截止频率和高通滤波电路42的上截止频率，低通滤波截止频率f

高通滤波截止频率f

其中，R

图7为本公开实施例提供的另一种铁路电力线路行波故障定位装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，如图7所示，可以设置铁路电力线路行波故障定位装置还包括对应磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场的至少一个方向的前级放大部件3和滤波电路4，磁敏检测部件1通过前级放大部件3和滤波电路4与行波定位部件2连接，前级放大部件3用于将对应磁场方向的磁敏检测信号放大设定倍数后输出，滤波电路4用于滤除放大后的对应磁场方向的磁敏检测信号中超出设定频率范围的干扰信号。

示例性地，磁敏检测部件1可以通过x、y和z三个端口分别输出对应不同方向磁场的磁敏检测信号，可以设置铁路电力线路行波故障定位装置还包括对应磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场的至少一个方向的前级放大部件3和滤波电路4，图7示例性地设置铁路电力线路行波故障定位装置还包括对应磁敏检测部件1相对于铁路电力线路所在位置的磁场的三个方向的前级放大部件3和滤波电路4。

具体地，磁敏检测部件1生成磁敏检测信号后输出至前级放大部件3，前级放大部件3将对应磁场方向的磁敏检测信号放大设定倍数后输出至对应的滤波电路4，滤波电路4用于滤除放大后的对应磁场方向的磁敏检测信号中超出设定频率范围的干扰信号，这样在实现将磁敏检测部件1输出的较小的对应磁场方向的磁敏检测信号进行放大，有利于行波定位部件2对于行波信号的采集的同时，能够有效滤除放大后的对应磁场方向的磁敏检测信号中大于等于第一设定频率，小于等于第二设定频率的干扰信号，避免干扰信号导致的铁路电力线路行波故障定位装置出现误启动，铁路电力线路行波故障定位装置误报故障，给铁路电力线路的运维工作带来不良影响的问题。同样地，前级放大部件3和滤波电路4可以采用上述实施例实施出的具体电路实现。

示例性地，如图7所示，可以设置铁路电力线路行波故障定位装置还包括电源回路，磁敏检测部件1通过放大器1从行波定位部件2获取电源信号。

本公开实施例利用磁敏检测部件的无磁饱和特征，可解决铁磁型行波传感器存在的磁饱和，导致行波信号波形失真的问题，且利用磁敏检测部件可实现非接触式方式感知行波信号，无需直接与一次设备连接，提高了铁路电力线路行波故障定位装置的抗干扰能力和可靠性，解决了罗氏线圈式行波传感器存在的必须从一次设备上提取行波信号，绝缘要求高、电磁环境复杂且取电困难的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。